摘要：作为钠离子电池正极材料,锰基层状氧化物具有理论储钠容量高、成本低和热稳定性高等优点,但也存在因结构畸变、Na^(+)/空位有序以及过渡金属空位等带来的循环稳定性问题。研究表明,抑制过渡金属空位可有效提升锰基层状氧化物正极的电化学性能。为此,本工作对比研究了溶胶凝胶制备过程中高温淬火对Na_(0.67)Fe1/3Co_(1/3)Mn_(1/3)O_(2)(NFCMO)结构和性能的影响。结果表明,相比于未经高温淬火处理的NFCMO,高温液氮淬火合成的NFCMO-LN具有更高的比容量和倍率性能。NFCMO和NFCMO-LN在0.1C下的初始放电比容量分别为91.1 m Ah/g和129.8 m Ah/g;1C倍率下循环100周后的容量保留率分别为100%和90%。即使在10C的高倍率下,NFCMO-LN仍能提供56.2 m Ah/g的放电比容量。结构分析表明,高温液氮淬火能有效抑制过渡金属空位的产生,提升了材料的结构稳定性。研究结果为钠离子电池正极材料的结构设计和电化学性能优化提供了一种可行的技术途径。

摘要：钠离子电池P2型层状氧化物可以通过掺杂一些非活性金属元素(Li、Mg)激发阴离子氧化还原反应以提升容量。然而,阴离子氧化还原反应具有固有的不可逆性和动力学迟滞的缺点。此外,在高电压下还存在晶格氧的不可逆损失和电解液的过度分解,导致电池容量的快速衰减和放电电位的持续降低。本文采用高温固相法合成了不同质量比W掺杂的P2型层状氧化物Na_(0.6)Li_(0.27)Mn_(0.73-x)W_(x)O_(2)(NLMWO)。结合多种表征手段研究不同掺杂量的W元素对材料结构和电化学性能的影响。结果表明,W掺杂能够有效减少Na^(+)/空位有序,抑制了P2-OP4-O2的相变,提高Na^(+)的扩散速率。在2.0~4.6 V的电压范围内,0.5 C的倍率下,质量比1.0%W掺杂的改性材料Na_(0.6)Li_(0.27)Mn_(0.72)W_(0.01)O_(2)(NLMWO-1)循环100次的容量保持率为80%;在5.0 C的倍率下,NLMWO-1的平均放电比容量为92.6 mAh/g,是Na_(0.6)Li_(0.27)Mn_(0.73)O_(2)(NLMO)的1.5倍。研究结果表明,非活性金属掺杂是抑制不可逆阴离子氧化还原的有效手段。该工作为高容量、高稳定性钠离子电池正极材料的结构设计提供了可行的思路。